Краткая история технологий. Идеи, процессы и устройства, при помощи которых человек изменяет окружающую среду с древности до наших дней
Шрифт:
У найденных изделий эмаль нанесена не только по принципу клуазоне (фр. cloisonne – перегородчатая эмаль); участок под эмаль делался вогнутым, резным и даже дополнительно раскрашивался эмалью, хотя последний метод стали применять к концу XV века. Лучший пример раннего мастерства – превосходная чаша Арда с эмалированным основанием серебряных выступов и эмалированными панелями на ножке, но самое знаменитое произведение – «драгоценность Альфреда». Эмалью в основном покрывали церковные сокровища для придания им солидности; подобная практика применялась сначала в мастерских при монастырях; особенно изысканные изделия создавались в Лиможе и долинах Рейна и Мааса. Позже изделия из позолоченной меди выпускались на резервных заводах мастерами, которые, как и литейщики колоколов, мигрировали из одного региона в другой, стимулируя спрос предложением.
Рис. 49. Немецкий изготовитель гвоздей. Конец XV в.
Рис. 50. Позолоченный бронзовый подсвечник из церкви Святого Петра. Глостер, начато XII в.
Литье золота и бронзы непрерывно продолжалось с римского периода. Литейные формы эпохи викингов, найденные на Оркнейских островах, представляют собой два глиняных оттиска деревянной модели меча; после долгого обжига их погружали в литейную яму для заполнения расплавленной бронзой. В начале XII века с использованием литейного воска с помощью одной формы отлили бронзовый подсвечник Глостер высотой 50 сантиметров с очень сложной резьбой, чеканкой и золочением (рис. 50). Впоследствии возникла проблема обработки расплавленного металла в нужном количестве. Говорят, ювелир, отливший бронзовые болванки статуй английского короля Генриха III и его невестки Элеоноры Кастильской, толщиной 10 сантиметров, обращался за помощью к литейщикам колоколов. Спустя столетие спрос на изделия из литого металла заставил перейти на современный метод литья в песчаные формы и с помощью соединенных ящичных форм. Как и многие изобретения, внедрение данного метода отсрочилось из-за непостоянного производства – литейщик переезжал с места на место и не хотел таскать на себе литейные формы.
Грубая чеканка монет раннего Средневековья – свидетельство остановки преемственности мастерства тонкой гравировки императорского Рима. В 850 году чеканить золотые монеты в Западной Европе перестали, и, хотя по-прежнему расплачивались серебряными фунтами, серебряные пенни остались в обращении единственной западной монетой. Клише производили на местных монетных дворах в основном неквалифицированные работники (рис. 51); и клише, и тиснение формировались ударным способом, диапазон форм был ограничен. На монете чеканился невыразительный, легко сминаемый рельеф; чтобы не пробить монету насквозь, на многих крупных тонких монетах чеканили только одну сторону. В XIII веке любовь к геральдике и демонстрации богатства вынудила мастеров совершенствовать свое искусство, а увеличение поставок серебра позволило чеканить больше монет; к середине XIV века все богатые государства чеканили золотые монеты, подражая Флоренции, которая выпустила первый флорин в 1252 году. Но гравировка клише вернулась только в эпоху итальянского Возрождения.
Рис. 51. Чеканка монет. С норманнского резного изображения XII в.
Черная смерть (1348–1350) спровоцировала дефицит рабочей силы, кризис заработной платы и рост цен, что ускорило спад производства металлов, который продлился до середины следующего века. Столетняя война 1337–1453 годов сильнее усугубила ситуацию, по крайней мере во Франции, и привела к истощению наиболее легкодоступных шахт. Но именно в этот период металлообработка стала максимально значимой и сохраняла позиции вплоть до изобретения огнестрельного оружия. Помимо уже упомянутой брони кузнец изготавливал средневековым рыцарям высококачественные мечи. Значительный вклад индустрии металлообработки в старинное военное искусство – появление в 1370 году стального арбалета, чрезвычайно мощного оружия с механическим натяжителем. Пистолет не мог вытеснить арбалет с поля боя примерно 100 лет, с арбалетом охотились даже в начале XVII века.
Рис. 52. Пушка XIV в.
Описание средневековой металлургии завершим рассказом об изобретении пушки, которая широко применялась со второй четверти XIV века. Ее непосредственным предшественником вполне могло быть железное ведро с небольшим отверстием в днище, использовавшееся маврами, возможно, уже в 1250 году для придания ускорения груде камней взрывом заряда из 0,5–1 килограмма пороха. Поначалу пушки были очень небольшими, весом всего 18–20 килограммов, но примерно в середине века их стали отливать из бронзы, а также из меди или латуни. Потом появились железные кованые пушки, какие Ричард II приобрел для лондонского Тауэра, они могли весить целых 300 килограммов; их делали из железных прутьев, выложенных вдоль болванки-сердцевины и соединенных вместе ковкой: после удаления болванки ствол закрепляли железными обручами (рис. 52). В начале XV века железные пушки отливали в форме – нововведение пришло из Западной Германии с появлением высокотемпературных печей. Стало понятно, что феодальное рыцарство и каменные замки обречены; современное государство, опирающееся на артиллерию (не говоря уже о пистолетах), стремилось развивать металлургию.
Рост спроса на металлы в 1500–1750 годах
В начале современной истории в металлургии мало что изменилось. Наоборот, рост капитала стимулировал массово применять уже известные методы. Рассмотрим ситуацию в Германии в XVI веке. В стране увеличились поставки серебра из-за масштабной ликвации медных руд, практиковавшейся римлянами. В глубоких шахтах работали на гидроэнергии, применяя наземную систему шатунов от колес в нижележащей долине. Кроме того, немцы распространили свои технические навыки в другие регионы Европы: в царствование Елизаветы I они добывали и переплавляли медь в Кесвике, поэтому до начала гражданской войны в горах английского Лейк-Дистрикта работало 4 тысячи иностранцев; в 1623 году они начали масштабную добычу серебра в Конгсберге – отдаленной дикой местности Норвегии. В Новом Свете также работали по старинке, как, например, после обнаружения ртути в Перу примерно в 1550 году, что способствовало экстракции серебра амальгамацией. Появилось много описательной литературы. Раньше знаменитой книги Агриколы «О горном деле и металлургии», опубликованной после его смерти в 1556 году, вышла «Пиротехния» итальянца Бирингуччо, вслед за которой, менее чем через 20 лет, появилась книга немецкого металлурга Лазаря Эркера «Трактат о рудах и анализе» с более подробным описанием принципов определения металла в руде. Однако о железе в этих книгах говорилось мало. Только в 1722 году процессы обработки железа подробно описал Реомюр в работе «Искусство превращения кузнечного железа в сталь и искусство отжига железа».
В этот период чаще применялись не слишком распространенные металлы. Приготовление полуметалла мышьяка впервые подробно описали в 1641 году, хотя египтяне делали мышьяковую бронзу; мышьяк вместе с медью и оловом использовали для изготовления металлических зеркал. Сурьма легко выплавлялась из антимонита – ее основной руды – и была хорошо известна в Древнем мире; она часто присутствовала в бронзе, но ее долго путали со свинцом. Висмут вошел в состав сплавов для печатных шрифтов до 1500 года.
Свинец широко применялся не только в строительстве, как прежде, но и для изготовления дроби (часто в сплаве с мышьяком), а после 1670 года для обшивки судов, где оказывал нежелательный эффект – из-за него корродировали железные рулевые крепления, как впоследствии из-за меди. Олово часто использовали при производстве различных мелких изделий, а также при лужении листового железа для получения жести, которую впервые сделали немцы; с переменным успехом ее имитировали во Франции во времена Кольбера. В начале XVIII века она производилась в Понтипуле прокаткой раскаленного полосового железа различной толщины; из жести в основном делали пищевые контейнеры и корабельную посуду. Британцы лудили железо так: они замачивали листы железа в растворе хлористого аммония (нашатыря), затем ставили их в смесь отрубей и воды, потом листы погружали в расплавленное олово (покрытое пленкой китового жира или сала против окисления поверхности), окончательные неровности удаляли холодной прокаткой. Из расплавленного свинца или олова формовали литые листы, пропуская расплав по песчаной подушке; но в XVII веке производство равномерного листового свинца стало дешевле – его пропускали через прокатный стан. Из золота чеканили монеты или, например, делали сусальное золото, но в основном драгоценные металлы входили в сплавы.
Оловянно-свинцовый сплав использовался для пайки, но больше ценился певтер – сплав с максимальным содержанием олова, с примесью латуни и висмута. Такой сплав легко отливался в глиняные или песчаные формы, далее изделие из сплава дорабатывалось молотом. Из-за простоты процесса литья первые печатные шрифты отливались из певтера в формы из мягкого камня или металла.
На протяжении всего Средневековья и эпохи Возрождения латунь производилась в тиглях, содержащих каламин, древесный уголь и медный лом, нагреваемых конической подземной печью. Цинк для сплавов с медью и получения латуни импортировали из Дальневосточного региона, в основном голландцы, или собирали как побочный продукт из печей, где переплавлялись серебро и свинцовые руды. Прошло удивительно много времени, прежде чем цинк признали существенной составляющей каламина. В XVI веке Парацельс называл цинк гибридной формой меди; только в начале XVIII века в металле, «отвоеванном» у каламина, признали калаем (calaem – индийский и китайский цинк. – Пер.), привезенный с Востока. Выплавка цинка началась в Суонси примерно в 1720 году, в Бристоле – в 1740 году, в Силезии и Бельгии – позже в том же веке.
Из Германии и Фландрии – основных центров производства латуни – поступала листовая латунь для украшения английских церквей позднего Средневековья; производство латуни началось в Англии во времена правления Елизаветы I. Несмотря на заманчивое сходство с золотом, латунь масштабно не применялась: в книге Бирингуччо 1540 года описывается латунно-литейный завод в Милане, где в одной форме отливаются 1200 маленьких изделий – интересный пример массового производства. Добавляя 5 процентов латуни и 8 процентов олова к меди, получали бронзу. Бронза издавна использовалась для крупных отливок, вроде статуй и колоколов; из бронзы отливали пушки, ибо медные сплавы корродировали и трескались быстрее имевшегося тогда железа. Для выплавки больших объемов металла в XVI веке создали отражательную печь, в которой тепло отражалось от низкой кровли, поэтому топливо не контактировало с металлом.
Медь вместе с драгоценными металлами и их сплавами шла на чеканку монет. Количество монет и качество их чеканки стали весьма острой проблемой в XVI веке, когда испанцы спровоцировали быстрый рост цен по всей Европе, импортируя неимоверное количество серебра из Вест-Индии, Мексики, а в 1553 году из Перу. Пришлось пойти на беспрецедентные меры. Например, Генрих VIII постоянно снижал содержание драгоценных металлов в золотых и серебряных монетах в последние 20 лет своего правления. Эдуард VI и Мэри попытались восстановить ценность монет, но только Елизавете I удалось изъять из обращения основную денежную массу и начать перечеканку. Хотя финансовые проблемы королевства, ставшие одной из главных причин гражданской войны, не решились, новая английская валюта 1561 года была умело отчеканена и соответствовала своей стоимости. На некоторое время грубую чеканку ковкой заменили чеканкой на винтовом прессе. Процессом руководил француз Элой Местрел, прежде служивший при Парижском монетном дворе; от пресса отказались после казни Местрела по обвинению в фальшивомонетничестве в 1573 году. Пресс заработал в середине следующего столетия, на нем чеканили монеты двое крепких мужчин.